燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计课程设计说明书

课程设计说明书某燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统设计学院(部)：******学院专业班级：******学生姓名：***指导教师：***教授2010年1月6日目录1概述 21.1引言 21.2设计任务 21.2设计依据及原则 21.3锅炉房基本概况 21.4通风除尘系统的主要设计程序 32烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算 42.1标准状态下理论空气量 42.2标准状态下理论烟气量 42.3标准状态下实际烟气量 42.4标准状态下烟气含尘浓度 52.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算 53除尘器与脱硫设备的选择 63.1除尘器应该达到的除尘效率 63.2除尘器的选择 64确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置 84.1各装置及管道布置的原则 84.2管径的确定 85烟囱的设计 95.1烟囱高度的确定 95.2烟囱直径的计算 95.3烟囱的抽力 106系统阻力计算 116.1摩擦压力损失 116.2局部压力损失 127系统中烟气温度的变化 157.1烟气在管道中的温度降 157.2烟气在烟囱中的温度降 158风机和电动机的选择及计算 178.1标准状态下风机风量计算 178.2风机风压计算 178.3电动机功率计算 189通风除尘系统布置图 19参考文献 21致谢 221概述1.1引言燃煤烟气中含有大量的有害成分，其中主要有烟尘、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等，随着着工业的不断发展，人们对环境质量的要求也在不断提高。烟气除尘脱硫技术也被广泛的使用。烟气除尘是指除去或降低烟气中飞灰含量的措施。烟气中的粉尘随着烟气排放到大气中会对人体危害、对生产影响和污染环境产生危害。通过烟气除尘的技术，可以减少或降低，甚至避免粉尘所产生的危害。烟气脱硫是指从烟气中脱除硫氧化物的工艺过程。大气中的硫主要以二氧化硫的形式存在,其会对大气造成严重污染，同样也会通过呼吸系统影响人类的身体健康。当二氧化硫经过“云内成雨过程”形成酸雨时，对水生、陆生生态系统、人类身体健康、建筑物和材料产生严重的危害。通过烟气脱硫技术，可以减轻由二氧化硫所造成的危害，有利于改善环境。目前，我国已对烟尘和二氧化硫气体提出了相应的排放标准，在烟尘治理方面取得了一定的经验。除尘设施的种类繁多，可以有各种各样的分类。通常按照捕集分离粉尘粒子的机理来分类，如重力、惯性力、离心力、库仑力、热力、扩散力等，可将各种除尘设施归为四大类。除尘器类别工作原理机械式除尘器一般作用于除尘器内，含尘气体的作用力是重力、惯性力及离心力湿式除尘器以水或其它液体为捕集粉尘粒子介质的除尘设施过滤式除尘器过滤式除尘器是含尘气体与过滤介质之间依靠惯性碰撞、扩散、截留、筛塞分等作用，实现气固分离的除尘设施电除尘器利用高压电场产生的静电力，使粉尘从气流中分离出来的除尘设施脱硫工艺主要有湿法脱硫，采用液态吸收剂（一般为碱或氨）吸收烟气中的二氧化硫；干法脱硫，利用固态的吸收剂、吸附剂或催化剂来脱除烟气中二氧化硫；半干（半湿）法脱硫，采用液态吸收剂，利用烟气的热量，在脱硫反应的同时，蒸发吸收剂中的水分，使脱硫产物成为固态。而通过设计进一步消化和巩固本能课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养确定大气污染控制系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。1.2设计任务运用所学知识设计某一燃煤采暖锅炉房烟气除尘系统。1.2设计依据及原则严格按照锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准、烟尘浓度排放标准、二氧化碳排放标准进行设计计算。1.3锅炉房基本概况1、锅炉耗煤及排烟情况锅炉型号：SZL6-1.6型（共3台）燃煤量：95烟气出口处离地面2.5m排烟温度：1烟气密度（标态）：1.35kg空气过剩系数：1.38飞灰占煤中不燃分分比例：18%2、煤质分析CY=67.85%，HY=4.12%，OY=6.06%，NY=1.22%，SY=2.02%，AY=15.18%，WY=10.30%，VY=13.02%3、粉尘粒径分布粒径（μm）15~258~155~83~51~3≤1含量（%）3.64.849.237.14.21.14、气象资料当地气象资料显示：该地区年平均气压98kPa；空气中含水（标态）：0.015kg/m3；年平均气温18.6℃；5、锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准烟尘浓度排放标准（标准状态下）：200mg/m3二氧化硫排放标准（标准状态下）：900mg/m31.4通风除尘系统的主要设计程序1.燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化碳浓度的计算。2.净化系统设计方案的分析确定。3．除尘器的比较和选择：确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。4.管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置。并计算各管道的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。5.风机及电机的选择设计：根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。6.编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写、包括方案的确定，设计计算、设备选择和有关设计的简图等类容。课程设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分、文字应简明、通顺，内容正确完整，装订成册。7.图纸要求：用CAD完成设计图纸1~2份，需做一份系统立面图，可选做一份主要设备尺寸图。2烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算2.1标准状态下理论空气量建立煤燃烧的假定：煤中固定氧可用于燃烧；煤中硫主要被氧化为SO2；不考虑NOX的生成；煤中的N在燃烧时转化为N2。空气中含水0.015，系数为15×22.4/（18×1000）=0.0187标准状态下理论空气量式中CY，HY，SY，OY——分别为煤中各元素所含的质量分数。2.2标准状态下理论烟气量标准状态下理论烟气量（设空气含湿量12.93g/m3）式中——标准状态下理论空气量，()；WY——煤中水分所占质量分数，%；NY——N元素在煤中的质量分数，%。2.3标准状态下实际烟气量标准状态下实际烟气量式中a——空气过量系数；——标准状态下理论烟气量，；——标准状态下理论空气量，。标准状态下烟气流量Q应以计，因此，。2.4标准状态下烟气含尘浓度标准状态下烟气含尘浓度式中——排烟中飞灰占煤中不可燃成分的质量分数；AY——煤中不可燃成分的含量；——标准状态下实际烟气量，。2.5标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算标准状态下烟气中二氧化硫浓度的计算式中S——煤中含可燃硫的质量分数；——标准状态下燃煤产生的实际烟气量，。3除尘器与脱硫设备的选择3.1除尘器应该达到的除尘效率式中C——标准状态下烟气含尘浓度，；——标准状态下锅炉烟尘排放标准中规定值，。3.2除尘器的比较与选择式中——标准状况下的烟气流量，；——工况下烟气温度，K；——标准状态下的温度，273K。则烟气流量为：除尘器的比较：烟气除尘技术大致可分为旋风除尘技术、布袋除尘技术、静电除尘技术三大类。旋风除尘技术又分为干式旋风除尘技术、湿式旋风除尘技术(也就是我们常说的水膜除尘器)。旋风除尘是靠旋风分离，由于烟尘比烟气重得多，当烟气高速旋转时。烟尘会产生离心力，在离心力的作用下，烟尘和烟气分离达到除尘的效果但有些粒径小、重量轻的烟尘就无法通过离心力分离，因此旋风除尘器的除尘效率不会很高，一般在85％～90％之间。布袋除尘器的除尘机理是拦截布袋的孔径越小，除尘效果越好。一般来说，布袋除尘器的除尘效率可达95％～98％，但受到布袋寿命的限制。目前国内的布袋平均寿命为1年，维护管理设备非常困难。而且风阻大，锅炉风机需加大功率。静电除尘器则有很高的除尘效率，一般可达99％以上，是所有除尘器中效率最高的。但该设备投资大，运行维护费用多。而且静电除尘器没有脱硫功能，如果需要在静电除尘器上再另加一套烟气脱硫设备相当困难。中小锅炉目前遍采用的文丘里加水膜麻石除尘器，其除尘效率在95％左右，脱硫效率在18％左右。一些先进技术有很好的效率但其一次性投资很大，运行费用高，不适合。为此，我们采用的除尘脱硫技术应有以下特点：首先，效率要求不必过高，一般除尘效率在95％～98％，脱硫效率在75%左右，这样的设备一次性投资不会很高，运行费用也不会很大，在中小用户可以承受；其次，设备操作要简单，如果操作非常复杂或自动化程度很高，反而会运行不好。除尘器的选择：根据工况下的烟气量、烟气温度及要求达到的除尘效率确定除尘器：选择SX-B型高效旋流泡沫脱硫除尘装置，产品性能规格见表3.1表3.1除尘器产品性能规格型号配套锅炉容量/(j/H)处理烟气量/(m3/h)除尘效率/%设备阻力/Pa分割粒径d/(50um)质量/kgSX-B41200092-95932-11283.06-3.323693.3脱硫设备的选择和设计烟气脱硫与烟气除尘有很大的区别，主要是因为二氧化硫是气体，与烟气有着几乎相同的密度，用旋风分离的机理根本无法将其分离。因此，水膜除尘器脱硫效率很低。要得到较高的脱硫效率有两个先决条件：一是脱硫剂要与烟气充分接触，接触越充分脱硫效率越高；二是选择活性高的脱硫剂，且该脱硫剂与二氧化碳的反应速度要快，生成的产物要稳定。脱硫应达到的效率：式中——标准状态下二氧化硫浓度，；——标准状态下锅炉二氧化硫排放标准中规定值，。代入数据得脱硫效率根据要求达到的脱硫效果，并从技术成熟度、经济性等角度综合比较来选择脱硫工艺。计算脱硫设备的主要尺寸参数。例如选择湿式石灰石法，需选择合理的钙硫比，液气比，确定吸收塔烟量、塔径、高度及吸收浆液量等（可参考相关设计手册和资料）。表3.2除尘器外型结构尺寸（见图3.1）ABCDEFGHMN14001400300503501000298544607004235图3.1除尘器外型结构尺寸4确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置4.1各装置及管道布置的原则根据锅炉运行情况及锅炉现场的实际情况确定各装置的位置。一旦确定各装置的位置，管道的布置也就基本可以确定了。对各装置及管道的布置应力求简单、紧凑、管路短、占地面积小，并使安装、操作和检修方便。4.2管径的确定（m）式中：Q—工况下管内烟气流量（m3/s）υ—烟气流速（m/s），（可查有关手册确定）（对于锅炉烟尘υ=10—15m/s）。圆整后管径取1.0米。则表1-3管道参数则管的内径为：由公式计算实际烟气流速5烟囱的设计5.1烟囱高度的确定首先确定共用一个烟囱的所有锅炉的总的蒸发量（t/h），然后根据锅炉大气污染物排放标准中的规定（表5.1）确定烟囱的高度。表5.1锅炉烟囱的高度锅炉总额定出力/(t/h)<11-22-66-1010-2026-35烟囱最低高度/m202530354045锅炉总额定出力：3×6=18（t/h）,故选定烟囱高度为40m5.2烟囱直径的计算烟囱出口内径可按下式计算：式中：Q—通过烟囱的总烟气量（m3/h）ω—按表3选取的烟囱出口烟气流速（m/s）通风方式为机械通风，运行状况为全负荷时10m/s。代入数据得d=（m）圆整后内径取1.20m。表3烟囱出口烟气流速（m/s）通风方式运行情况全负荷时最小负荷机械通风10~204~5自然通风6~102.5~3烟囱底部直径式中：d2—烟囱出口直径（m）H—烟囱高度（m）i—烟囱锥度（通常取i=0.02~0.03）。i取0.25则=1.250+20.02540=3.20（m）5.3烟囱的抽力（Pa）式中：H—烟囱高度（m）；tk—外界空气温度（℃）；tp—烟囱内烟气平均温度（℃）；B—当地大气压（Pa）。6系统阻力计算6.1摩擦压力损失（1）对于圆管：式中——摩擦阻力系数（实际中对金属管道可取0.02.对砖砌或混凝土管道可取0.04）。——管道直径,mm——烟气密度，kg/m3——管中气流平均速率,m/s——管道长度,m对于直径1000mm圆管：L=9.5mB结果为:B（2）对于砖砌拱形烟道（见图6.1）D=1000mm式中S为面积，结果为：B=1062mm 图6.1砖砌拱形烟道

6.2局部压力损失式中——异形管件的局部阻力系数，——与相对应的断面平均气流速率，m/s——烟气密度，kg/m3图6.2中一为渐缩管。图6.2除尘器入口前管道示意图≦45度时，=0.1，取=45度，=13.8m/s结果为：8.0（Pa）L1=0.05×tan67.5=0.12（m）图6.2中二为30度Z形弯头H=2.985-2.39=0.595=0.6（m）H/D=0.6/0.5=0.12取=0.157==1.57（=1.0）结果为：12.6（Pa）图6.2中三为渐阔管

图6.3中a为渐扩管图6.3除尘器出口至风机入口段管道示意图≦45度时，=0.1，取=30度，=13.8m/s结果为：8.0（Pa）L=0.93(m)图6.3中b、c均为90度弯头D=500，取R=D则=0.23结果为：18.4（Pa）两个弯头对于如图6.4中所示T形三通管VV1lV2lV3lT形三通管示意图=0.7862.4（Pa）对于T形合流三通=0.55结果为：44（Pa）系统总阻力（其中锅炉出口前阻力为800Pa，除尘器阻力1128Pa）为:7系统中烟气温度的变化7.1烟气在管道中的温度降

式中——标准状态下烟气流量，m3/h——管道散热面积，m2——标准状态下烟气平均比热容（一般为1.352—1.357KJ/(m3·°C）——管道单位面积散热损失KJ/(m3·h)室内=4187KJ/(m3·h)室外=5443KJ/(m3·h)室内管道长：L=2.18-0.6-0.12=1.46F=∏L·D=2.29(m2)室外管道长L=9.5-1.46=8.04(m)F=∏L·D=12.69(m2)7.2烟气在烟囱中的温度降

式中H——烟囱高度，m；D——合用同一烟囱的所有锅炉额定蒸发量之合，t/h；A——降温系数，可由表1-8查得。表1-8烟囱降温系数烟囱种类钢烟囱（无衬筒）钢烟囱（有衬筒）砖烟囱(H＜50m）壁厚小于0.5m砖烟囱壁厚大于0.5mA20.80.40.2则总温度降为8风机和电动机的选择及计算8.1标准状态下风机风量计算式中1.1——风量备用系数，——标准状态下风机前表态下风量，m3/h——风机前烟气温度，若管道不太长，可以近似取锅炉排烟温度,°C——当地大气压，kP结果为Qy=11109.8（m3/h）8.2风机风压计算式中1.2——风机备用系数；——系统总阻力，Pa；——烟囱抽力，Pa——风机前烟气温度，°C——风机性能表中给出的试验用气体温度，°C——标准状态下烟气密度，kg/m3结果为Hy=2400(Pa)根据Hy和Qy，选定Y5-47Ⅱ型No.7c的引风机，Y5-47Ⅱ型引风机是在原Y5-47Ⅱ型引风机性能基础上改进的产品，该引风机最佳工况点的全压内效率为85.6%，与原Y5-47Ⅱ型引风机相比较，由于进行了一系列改进，使噪声值有显著降低表8.2引风机性能表机号传动方式转速/r/min流量/m3/h全压/Pa内效率/%内功率/kw所需功率/kwC式23201166330307912.4217．008.3电动机功率计算式中——风机风量，m3/h——风机风压，Pa——风机在全压头时的效率（一般风机为0.6，高效风机约为0.9）——机械传动效率，当风机与电机直联传动时=1，用联轴器连接时=0.95—0.98，用V型带传动时=0.95——电动机备用系数，对引风机，=1.3Ne=16.9(kW)根据电动机的功率、风机的转速、传动方式选定Y180M-2型电动机。9通风除尘系统布置图锅炉烟气除尘系统布置图和立面图分别见图9.1和9.2。A-A侧面图图9.1锅炉烟气除尘系统立面图

设计说明烟道为砖烟道，导角为45度，与圆管连接处采取密封措施，所有器件接口处均用法兰盘连接序号名称个数规格型号备注1烟道1H=40m上径直径800，下径直径500，厚300砖烟道2人孔1500×4003导流板14烟道11000×1000砖烟道5圆管外径直径500，壁厚0.75钢制6V形带57风机4Y5-47Ⅱ型No.7C8电动机4Y180-29弯头890度圆形，直径50010天圆地方1211降尘器4XLD-4型12弯头430度Z型13锅炉4SZL4-13图9.2锅炉烟气除尘系统布置图参考文献孙一坚主编.工业通风.北京：中国建筑工业出版社,1994陆耀庆主编.供暖通风设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1987郝吉明，马广大主编.大气污染控制工程.北京：高等教育出版社，2002中国石化集团上海工程，金国淼.石油化工设备设计选用手册—除尘器设计.北京：化学工业出版社，2008孙研，通风机选型使用手册.北京：中国建筑工业出版社，2000 致谢感谢***教授在百忙之中辅导我的课程设计，让我的设计能圆满完成。***教授工作认真、一丝不苟，虽然工作繁忙，但还是抽出时间指导我和同学们的设计，我的设计中有很多错误和缺陷，***教授都一一指出，不辞辛苦的帮我修改，让我看到一个真正的科研人员的做事态度和敬业精神，非常佩服。每次去老师的办公室一待就是一两个小时，都会让我的设计有所提高，更加完善，符合设计的要求。在这几个星期的课程设计中，让我认识到自己专业知识的不足，做事态度和能力的欠缺，在此非常感谢老师的帮助，自己以后一定加倍努力，端正做事的态度，扎实自己的专业知识，不负**老师的辛苦运费说明联系方式类型脱硫除尘器林格曼黑度0级品牌三星型号SX-B型旋流泡沫脱硫除尘器脱硫率90（%）除尘率98（%）阻力损失700-900（Pa）液气比详细见随机说明出口含尘浓度详细见随机说明（g/Nm3）使用温度范围40-80（℃）处理风量详细见随机说明（m3/h）过滤速度详细见随机说明（m/min）产品概述：SX-B型高效旋流泡沫脱硫除尘装置是在原有麻石水膜除尘器，半干法、氨法、镁法、电石及海水法脱硫设备的基础上改进而成。本设备具有旋流塔的原理、又具备水膜除尘脱硫的原理、实属二合一的最新产品。具有安装方便、施工周期短、使用寿命长、价格低等优点，是新一代锅炉、回转窑、烟气脱硫除尘治理的理想产品。常用旋流泡沫（水膜）脱硫除尘装置主要参数：

直径Ø（mm）高度（m）风量范围（m3/h）进气口尺寸mm设备阻力（Pa）风机功率（kw）耗水量（m3/h）50029001750-2100350600-80030.7-0.8560029902560-3100400600-80041.0-0.8570031003400-4200400600-80041.0-1.380031604500-5400450600-8005.51.4-1.790032605700-6900500600-8007.51.8-2.2100033607000-8500550600-800112.3-2.8110034508600-10000600600-80018.53.4-4.01200365010000-12000650600-800224.0-4.81300385012000800304.8-5.8注意事项：1、设备高度不含循环水池高度。2、0.5t/h-75t/h锅炉用煤约80kg-120kg×吨数位数×10米3=烟气量，蒸吨价由1.2万-2万计算。3.、烟气进水膜除尘塔（塔体为不锈钢和碳钢、内件、均为不锈钢制作）（烟气亦可进袋式除尘器或旋风除尘器，再进净化装置净化有害气体）4、据测定的烟气成份配制不同组分的净化剂。5、75t/h吨位以下的烟气净化装置制作材质可以用不锈钢或碳钢制作后经耐蚀、耐磨处理。6、本装置安装基础耐地震度6级。7、本装置除尘效率≥99%，净化效率>85%以上。8、净化不同性质有害烟气装置结构基本通用，脱除<10mm以下微细颗粒粉尘时需调正吸收剂。主要技术性能和参数

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除尘效率：>98%脱硫效率:>72~89%(使用脱硫剂，满足水量、水质、药量等条件)进出烟速：17~23m/s出口烟速：8~14m/s捕滴器简体上升烟速：3.5~5.5m/s溢流槽静压：2~5mmH20简体阻力：700~900Pa除尘后烟气温度：50~80℃河南省三星机械位于闻名遐迩的中国交通枢纽中原腹地郑州，是集高压静电分选机、静电分离设备、木粉机设备、粉碎电路板设备、家电拆解线、废旧家电拆解平台、木材粉碎机、铜米机生产为一体的国际型机械设备制造专业化企业，是专业生产和研发粉碎设备、木头粉碎机、家电拆解线、电路板粉碎设备的专业厂家主营产品：高压静电分选机、静电分离设备、木粉机、标准木粉机、超细木粉机;电路板回收设备、线路板回收设备、电线电缆回收设备、铜米机、铝塑回收设备、家电拆解线、家电拆解